第一章组织培养.

植物组织与细胞培养制作人：林呐植物组织培养外植体愈伤组织新植株一绪论1植物组织和细胞培养的概念2植物组织和细胞培养的特点3植物组织与细胞培养的理论依据4植物组织与细胞培养的历史5植物组织培养的应用1植物组织和细胞培养的概念概念（广义）：在无菌条件下，将离体的植物器官(如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等)、组织(如形成层、花药组织、胚乳、皮层等)、细胞(如体细胞、生殖细胞等)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、原生质体(如脱壁后仍具有生活力的原生质体)，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱发产生愈伤组织，或潜伏芽等，或长成完整的植株，统称为植物组织培养。概念（狭义）植物组织和细胞培养(Planttissueandcellculture)是指植物细胞、组织、器官或整株植物在无菌条件下离体培养的技术。分类（1）植株培养(plantcultureorlittleplantculture)（2）胚胎培养(embryoculture)（3）胚珠或子房培养(ovulecultureorovaryculture)（4）器官培养(organculture)（5）组织或愈伤组织培养(tissuecultureorcallusculture)（6）花药或花粉培养(anthercultureorpollenculture)（7）细胞培养(cellculture)（8）原生质体培养(protoplastculture)（1）植株培养(Plantculture)具备完整植株形态的培养，如幼苗及较大植株的培养。多用于花卉。ResidentialCommercial（2）胚胎培养（Embryoculture）将成熟胚或未成熟的幼胚分离出来，接种在人工培养基上，使其发育成为正常植株。EmbryogerminationSeedsterilizationEmbryoexcisionandmediumEmbryogrowth植物胚胎培养过程应用（application)EMBRYOCULTUREPROCEDUREFORHYDRANGEAREGENERATIONOFTILLANDSIATHROUGHIMMATUREEMBRYOCULTUREEnhancementofplantformationfromembryoculturesofTaxusmaireiusingsuitableculturemediumandPVPAndsoon.（3）胚珠或子房培养(Ovuleorovaryculture)取授粉前的胚珠或子房进行培养，可以诱导产生单倍体植株，亦可进行试管受精实验。PodocarpusovulesOvarycultureUnfertilizedovary（4）器官培养(Organculture)以茎尖、根尖、子叶、茎段、花瓣、果实及种子等为外植体进行培养，诱导产生再生植株。用于快繁。LeafexcisionLeafculture（5）组织或愈伤组织培养(Tissueorcallusculture)即狭义的组织培养。是分离植物体的各种组织进行培养，如茎尖分生组织、形成层、韧皮部、表皮组织、薄壁组织、胚乳组织等，或用从各种器官培养产生的愈伤组织进行培养，通过分化诱导而形成植株。用于快繁，无毒苗再生等领域。tissuecanbecollectedfromtheplant’sleaf,shoot,bud,stem,orrootPlantleaftissueculture（6）花药或花粉培养(Antherorpollenculture)取一定发育时期的花药或花粉进行培养，诱导分化产生花粉植株。用于单倍体育种。（7）细胞培养(Cellculture)能保持较好分散性的离体细胞或很小的细胞团的液体培养或悬浮培养。应用：1）应用于细胞生物学、生理学、形态发生学及遗传学等研究；2）应用于植物次生代谢产物的工厂化生产；3）应用于诱导和筛选突变体；4）通过进一步培养分化形成植株。（8）原生质体培养(Protoplastculture)用酶法或物理方法去除细胞壁后的裸露原生质体的培养。用于原生质体融合产生异核体，再生植株。Protoplastswerecollectedbycentrifugal其他分类根据培养需要分返回初代培养继代培养根据培养过程分固体培养液体培养2特点材料单纯均一，便于研究培养条件可控，便于周年性工作，生产生长周期短，繁殖率高，利于大规模生产管理方便，利于自动化控制生产系统规范化，便于植物产品的商业性工厂化生产节约土地和劳动力返回3理论依据(almostallplantcellsaretotipotent)植物细胞全能性：即是每个植物的本细胞或性细胞都具有该植物的全套遗传基因，因此在一定培养条件下每个细胞都可发育成一个与母体一样的植株。植物细胞要表现出全能性，须经过几个步骤：成熟细胞→分生细胞→胚状体→完整植株。成熟细胞→愈伤组织→出根出芽→完整植株。脱分化也就是已经分化定型的细胞，经过诱导成为重新恢复了分裂能力（也就是成为分生状态）细胞的过程。植物细胞为什么表现出全能性呢？要从动物与植物细胞的区别说起。不论是植物、动物还是微生物，其代谢的分子基础基本是一样的，从微生物到人，遗传的信息是一致的。但动物与植物细胞区别还是很大的这差别主要地在于：第一，自养与异养的差别。第二，外界环境的差别。第三，胚胎得到养分的方式不同。第四，器官发育的差别。细胞全能性的实现返回4组培的历史探索阶段建立阶段研究发展阶段迅速发展阶段19世纪（Schleiden&Schwan)1902年Haberlant1904年Hanning1922年Kotte,Robbin说明Haberlant正确，离体培养可行（1）探索阶段（2）建立阶段1933年李继侗1934年White建立第一个无性系1934年White定义植物组织培养的概念1939年White发现B族元素，了解了IAA的作用1937，1938年Nobecoort,Gaufheret1943年White发表“植物组织培养手册”专著，使组培成为一门学科（3）研究发展阶段1941年Overbeek1946年罗士伟1948年Skooke和崔瀓1951年Nitch1953年Muri1956年Miller1958年Steward1959年Melchers&Bergmann建立了器官形成的概念，能更好控制细胞的生长和分化（4）迅速发展阶段1964年Guha&Maheshwai1960年Cocking1970年Takebe&Nagata1972年Carlson近三十年，组培的发展相当迅速，已逐渐成为一门新欣的技术，在农业、林业上推广全能性的实验证据：20世纪50年代——诱导培养银胶菊愈伤组织得到天然橡胶从胡萝卜体细胞培养出完整植株从曼佗罗花药培养出单倍体植物发展与成果例证：贝母——原来繁殖率非常低，而用组织培养分化出的三个月左右的鳞茎，其大小就相当于用种子繁殖二年生的鳞茎罗汉果——通常用压蔓繁殖，繁殖系数低、易退化且需2年以上才能结果，再生体系建成后，其组培苗当年座果率就达80%以上1.目前为止已有200多种药用植物经离体培养获得试管植株，如贝母、百合、黄芩、红豆杉、桔梗等。2.已有相当一部分药材可利用试管繁殖技术繁殖培育种苗，如罗汉果、苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金线莲等。返回5组培的应用（1）快速繁殖和病毒脱除技术（2）花药培养和单倍体育种（3）原生质体培养和体细胞融合（4）体细胞无性系变异与筛选（5）植物次生代谢产物的生产（6）种质的保存和基因库的建立（1）快速繁殖和病毒脱毒技术中国兰花的组织培养快速繁殖国兰中春兰、建兰、墨兰等品种的组织培养，快速繁殖，并已实现小批量生产，主要技术路线及指标为：兰花茎尖—脱分化—原球茎（无性繁殖）--大量繁殖—诱导分化—小苗—出瓶入土栽培—成苗。中国兰花具有极高的观赏价值及经济价值，且成本低廉，经济效益极大，市场前景广阔。用猕猴桃组织培养成的植株1.取材和消毒：将欲脱毒的品种块茎催芽。芽长4～5厘米时，剪芽并剥去外叶2.剥离和接种：在无菌室内，于40倍的解剖镜下，剥取带1个叶原基的茎尖，接种于MS茎尖培养基的试管中。3.培养条件：接种的茎尖培养于25℃、1500～3000lx光照条件下的培养室内，取部分苗进行病毒检测。4.病毒检测：病毒检测无任何反应的茎尖苗即脱毒苗用作繁殖。马铃薯脱毒技术（2）花药培养和单倍体育种西瓜单倍体育种技术：西瓜为世界性的夏令水果，是我国的重要经济作物之一。我省的开封、郑州、商丘等地的气候、土壤条件适宜，西瓜种植面积较大，尤其是开封西瓜品种优异，全国闻名；但是目前西瓜病害严重，每年由于枯萎病、炭疽病等造成西瓜大量减产，经济损失严重，而药物防治的成本高、效用不大，且又会造成污染，损害消费者的健康，因此提高西瓜抗病性是目前亟待解决的问题。我们与开封农科所合作，初步建立了花药、小孢子的离体培养产生单倍体植株，经染色体加倍处理而成为纯合的2倍体的实验体系。同时已经在与西瓜同科异属的抗病性很强的葫芦等植物中鉴定出了抗病相关基因。这些工作为培育出优质、高产和抗病的西瓜新品种奠定了良好的基础。（3）原生质体培养和体细胞融合体细胞杂交又称细胞融合，是指将不同来源的原生质体(除去细胞壁的细胞)相融合并使之分化再生、形成新物种或新品种的技术。一般先得到原生质体，而后通过物理或化学方法诱导其细胞融合形成杂种细胞，促使杂种细胞分裂形成杂种植株。（4）体细胞无性系变异与筛选从培养的植物细胞再生出来的新植株表现出高度的遗传变异，这种现象称为“体细胞的无性系变异”。细胞突变体的诱变与筛选：例如在培养基中加入不同浓度的NaCl，胁迫诱变和筛选。可以加入病原体的毒蛋白，诱变和筛选。在培养基中加入不同浓度的赖氨酸类似物，可以获得抗赖氨酸类似物突变体。（5）植物次生代谢产物的生产在芸香组织培养中，合成和积累了芸香素（Rutacultin），它是一个至今尚未能从原植物或其他植物的呋喃香豆精中检测到的化合物目前中国有关单位已成功地将麦角菌、灵芝、猴头菇等真菌进行工业化生产。紫杉醇的抗肿瘤高效性已经得到世界公认，但红豆杉紫杉醇含量仅为0.02％。1993年，美研究人员从红豆杉树皮内分离出的内生性真菌(taxomycesandreanae)，在一定的培养条件下可以产生紫杉醇，含量为24—50ng/L。（6）种质的保存和基因库的建立离体试管保存研究（1nVitroCutureResearch）离体试管培养研究包括收集品种资源，如椰子果实大，不易运输，将含有胚的椰子胚乳切离下来，放入有培养基的玻璃瓶。还包括探讨那些不能在常规种子库进行贮藏的作物基因型的种质保存。收集珍稀濒危药用植物种质，系统研究种质特性评价体系、异地保存和离体长期保存技术，建立珍稀濒危药用植物种质的基因库。在作物基因型的保存中，涉及的作物有二种，一种是顽拗型种子（recalcitriant）的贮藏。另一种是块恨、块茎等无性繁殖作物，如甘薯、马铃薯、香蕉等。离体试管保存方法的研究包括缓慢生长途径下的试管苗保存和用液态氮的超低温保存，遗传完整性和试管基因库的试验研究。